JP7165507B2 - 直流給電システム - Google Patents

Description

本発明は、直流電力を供給する直流給電システムに関する。

特許文献１は、複数の分散電源ユニットが直流バスを介して接続された分散電源システムを開示する。この分散電源システムは、直流バスの電圧変動を所定範囲内で許容し、この直流バスの電圧値に基づいて各分散電源ユニットを自律的に協調運転する。この分散電源システムは、風力発電ユニットと、太陽光発電ユニットと、電力貯蔵ユニットと、系統連係ユニットとを含む。なお、系統連係ユニットは分散電源システムの直流バスと外部の交流の電力系統との間で電力を相互に供給し合う。

特開２００３－３３９１１８号公報

自然エネルギーを利用した発電装置には、風力発電ユニットと太陽光発電ユニットの他に水力発電装置や地熱発電装置等もある。このうち、風力発電ユニットは強風時に止めると風車が破壊されるおそれがあるため、優先的に稼働させる必要がある。水力発電装置も水車の破壊を防ぐため、できるだけ稼働させるのが望ましい。
しかし、特許文献１に記載の分散電源システムでは、各分散電源ユニットが自律的に協調運転するものの、各分散電源ユニットを優先度に応じて稼働させることはできない。例えば、太陽光発電ユニットを停止させて風力発電ユニットのみを稼働させることはできない。また、直流バスの電圧が例えば３８０Ｖ以上になると、風力発電ユニットも停止する。

本発明の目的は、直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させることができる直流給電システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の直流給電システムは、
直流バスと、
優先順位及び定められた出力電圧の上限が最も高く、前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第１の直流電力源と、
前記優先順位が２番目以下であり、前記優先順位に応じて出力電圧の上限が定められており、前記直流バスの電圧が当該出力電圧の上限以下であるときに前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第２の直流電力源と、
を備えることを特徴とする。

本発明の直流給電システムの別の形態として、
直流バスと、
優先順位が最も高く、出力電圧の上限を定められておらず、前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第１の直流電力源と、
前記優先順位が２番目以下であり、前記優先順位に応じて出力電圧の上限が定められており、前記直流バスの電圧が当該出力電圧の上限以下であるときに前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第２の直流電力源と、
前記直流バスの直流電圧が、前記第２の直流電力源について定められたいずれの出力電圧の上限よりも、大きな所定の電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記第１の直流電力源が、１つ以上の風力発電装置を含み、
前記電力消費装置が、前記風力発電装置の風車の回転を抑制する、または停止させるためのブレーキとして動作する、
ことを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記第２の直流電力源が、優先順位が異なる２つ以上の直流電力源を含むことを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記第２の直流電力源が、直流電力源の中で優先順位が最も低く、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を含むことを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記優先順位に応じた定格電圧の蓄電池と、当該蓄電池が過充電であると判定したときに当該蓄電池の充電を停止させ、当該蓄電池が過放電であると判定したときに当該蓄電池の放電を停止させる保護回路とを有し、当該蓄電池が当該保護回路を介して前記直流バスに接続された１つ以上の蓄電装置を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記優先順位に応じた定格電圧の蓄電池と、当該蓄電池が過充電であると判定したときに当該蓄電池の充電を停止させ、当該蓄電池が過放電であると判定したときに当該蓄電池の放電を停止させる保護回路とを有し、当該蓄電池が当該保護回路を介して前記直流バスに接続された１つ以上の蓄電装置を備え、
前記優先順位が前記系統連係装置より高い前記蓄電装置を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記優先順位が前記系統連係装置より低い前記蓄電装置を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電システムは、
前記第２の直流電力源が太陽電池アレイを含む１つ以上の太陽光発電装置を含み、当該太陽電池アレイが複数のストリングを含み、
前記優先順位に応じて前記ストリング毎に出力電圧の上限が定められている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。 図１の直流給電システムに含まれる各装置の優先順位の一例を示す図である。 電力消費装置に含まれる抵抗素子と直流バスの接続の一例を示す図である。図３（Ａ）は、スイッチが高電位ライン側に設けられている例を示す。図３（Ｂ）は、スイッチが低電位ライン側に設けられている例を示す。 水力発電装置に含まれる水力発電機と直流バスの接続の一例を示す図である。 地熱発電装置に含まれる地熱発電機と直流バスの接続の一例を示す図である。 太陽光発電装置が太陽電池アレイを含み、太陽電池アレイが複数のストリングを含む場合における各ストリングと直流バスの接続の一例を示す図である。 通常用蓄電装置の構成の一例を示す図である。 非常用蓄電装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。 図９の直流給電システムに含まれる各装置の優先順位の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る直流給電システムの構成の一例を示す図である。 図１１の直流給電システムに含まれる各装置の優先順位の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る直流給電システムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流給電システム１の構成の一例を示す。
直流給電システム１は、風力発電装置１０と、水力発電装置２０と、地熱発電装置３０と、太陽光発電装置４０と、通常用蓄電装置５０と、非常用蓄電装置６０と、系統連係装置７０と、電力消費装置８０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
各発電装置１０，２０，３０，４０と、各蓄電装置５０，６０と、系統連係装置７０には、図２に示すように、予め優先順位が付けられている。これらの優先順位は、直流給電システム１が稼働していないときに設定され、直流給電システム１の稼働中に変更することはできない。これらの各装置は、直流バス１００に接続されており、優先順位に応じて直流バス１００に直流電圧を出力する。

風力発電装置１０は、優先順位が最も高い。風力発電装置１０には出力電圧の上限は設定されていない。なお、風力発電装置１０は、通常の一般的な風力発電機である。風力発電装置１０は、風車の停止や回転速度の低下等が起きた場合、直流バス１００への直流電圧の出力を停止する。また、風力発電装置１０は、出力制御により直流バス１００への直流電圧の出力を停止する場合がある。
風力発電装置１０は、本発明における第１の直流電力源の例である。第１の直流電力源は、優先順位が最も高い。

水力発電装置２０と、地熱発電装置３０と、太陽光発電装置４０と、系統連係装置７０とは、本発明における第２の直流電力源の例である。各第２の直流電力源には優先順位に応じて出力電圧の上限が設定されている。各第２の直流電力源は、直流バス１００の電圧を測定する装置を有している。各第２の直流電力源は、測定された直流バス１００の電圧が出力電圧の上限以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する。
図２の例では、水力発電装置２０と地熱発電装置３０の優先順位は２番目であり、各第２の直流電力源の中で最も高い。水力発電装置２０と地熱発電装置３０における出力電圧の上限は２９０Ｖである。太陽光発電装置４０の優先順位は３番目である。太陽光発電装置４０における出力電圧の上限は２８０Ｖである。

通常用蓄電装置５０と非常用蓄電装置６０は、優先順位に応じた定格電圧の蓄電池を含む。図２の例では、通常用蓄電装置５０の優先順位は５番目である。通常用蓄電装置５０に含まれる蓄電池の定格電圧は２６４Ｖである。また、非常用蓄電装置６０の優先順位は７番目である。非常用蓄電装置６０に含まれる蓄電池の定格電圧は２５２Ｖである。各蓄電装置５０，６０は、過充電時に蓄電池の充電を停止し、過放電時に蓄電池の放電を停止する。

図２の例では、系統連係装置７０の優先順位は６番目であり、第２の直流電力源の中で優先順位が最も低い。系統連係装置７０における出力電圧の上限は２６０Ｖである。系統連係装置７０は、直流バス１００の電圧がその出力電圧の上限（２６０Ｖ）以下であるときに、外部の交流の電力系統２００から供給される交流電圧を直流電圧に変換して直流バス１００に出力する。系統連係装置７０は、自然エネルギーによる各発電装置の出力電圧が低下したときに直流バス１００に電力を供給する。通常用蓄電装置５０の優先順位は系統連係装置７０の優先順位より高い。また、非常用蓄電装置６０の優先順位は系統連係装置７０の優先順位より低い。

各第２の直流電力源において、設定されている出力電圧の上限は、直流給電システム１の稼働中に優先順位が変わらない範囲で変更することができる。
例えば、図２の例では、水力発電装置２０と地熱発電装置３０について出力電圧の上限を変更できる範囲は、２８０Ｖ以上である。太陽光発電装置４０について出力電圧の上限を変更できる範囲は、２６４Ｖ以上かつ２９０Ｖ以下である。系統連係装置７０について出力電圧の上限を変更できる範囲は、２５２Ｖ以上かつ２６４Ｖ以下である。
例えば、水力発電装置２０と地熱発電装置３０の出力電圧の上限を２９０Ｖ、太陽光発電装置４０の出力電圧の上限を２８０Ｖとして直流給電システム１が稼働しているときに、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の出力電圧の上限を全て２９５Ｖに変更することができる。この場合、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の出力電圧の上限は同一であるが、水力発電装置２０と地熱発電装置３０の優先順位は２番目であり、太陽光発電装置４０の優先順位は３番目であって、これらの優先順位に変更はないとみなす。なお、太陽光発電装置４０における出力電圧の上限は２９０Ｖを超えて変更されているが、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の優先順位は変わっていない。

電力消費装置８０は、直流バス１００の直流電圧が水力発電装置２０と地熱発電装置３０における出力電圧の上限（図２の例では２９０Ｖ）より大きな所定の電圧（例えば、２９５Ｖ）以上であるときに直流バス１００の電力を消費する。なお、水力発電装置２０と地熱発電装置３０は各第２の直流電力源の中で優先順位が最も高い。
負荷９０は、電力を消費する。負荷９０は、例えば、テレビ、冷蔵庫、冷暖房、コンピュータ、照明、住宅、工場等である。負荷９０にも優先順位が付けられている。直流バス１００の直流電圧が低下したとき、負荷９０は優先順位が低い順に直流バス１００から切り離される。例えば、冷暖房は、最も優先順位が低く、直流バス１００の電圧が２６０Ｖのときに直流バス１００から切り離される。コンピュータは、最も優先順位が高く、直流バス１００の電圧が２４０Ｖまで低下したときに直流バス１００から切り離される。
なお、図１には、各発電装置１０，２０，３０，４０と各蓄電装置５０，６０をそれぞれ１つのみ示したが、各々複数の装置が直流バス１００に接続されていてもよい。例えば、複数の風力発電装置１０や複数の太陽光発電装置４０が直流バス１００に接続されていてもよい。

図３に示すように、電力消費装置８０は、抵抗素子８１と、スイッチＳＷと、制御部８２とを含む。スイッチＳＷは、例えば、リレーまたは半導体スイッチング素子で実現することができる。直流バス１００の直流電圧が水力発電装置２０と地熱発電装置３０における出力電圧の上限（図２の例では、２９０Ｖ）より大きな所定の電圧（例えば、２９５Ｖ）以上であるとき、制御部８２はスイッチＳＷを閉じて抵抗素子８１を直流バス１００に接続する。このとき、抵抗素子８１は直流バス１００の電力を消費する。
なお、スイッチＳＷは、図３（Ａ）に示すように高電位ラインＬＨ側に設けられていてもよいし、図３（Ｂ）に示すように低電位ラインＬＬ側に設けられていてもよい。また、高電位ラインＬＨ側と低電位ラインＬＬ側の両方に設けられていてもよい。

風力発電装置１０は風が非常に強いときに大きな電力を出力するが、このとき風力発電装置１０の出力に十分な負荷がないと、風力により風車が過回転し、損傷するおそれがある。風力発電装置１０が大電力を出力するとき、電力消費装置８０は余剰電力を消費する。このとき、風力発電装置１０に電気的にブレーキがかかり、風車の回転は抑制され、または停止する。
風力発電装置１０の中に電力を消費する装置を設置することもできる。しかし、直流給電システム１の中に風力発電装置１０が複数存在する場合には、電力消費装置８０を設けることにより、個々の風力発電装置１０から電力を消費する装置を省くことができ、そのコストを低下させることができる。
また、事故等により直流バス１００に高電圧が印加されても、電力消費装置８０が異常な電力を消費する。このため、直流バス１００に接続されている各装置の損傷を防ぐことができる。

図４に示すように、水力発電装置２０は、水力発電機２１と、スイッチＳＷと、制御部２２とを含む。図２の例では、水力発電装置２０の優先順位は２番目であり、その出力電圧の上限は２９０Ｖである。直流バス１００の直流電圧が２９０Ｖ以下であるとき、制御部２２はスイッチＳＷを閉じて水力発電機２１と直流バス１００とを接続する。なお、水力発電装置２０が制御部２２とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。水力発電装置２０は、直流バス１００の電圧が２９０Ｖ以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する水力発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、水力発電装置２０は、２９０Ｖまで電圧を出力することができる水力発電装置であってもよい。
図５に示すように、地熱発電装置３０は、地熱発電機３１と、スイッチＳＷと、制御部３２とを含む。図２の例では、地熱発電装置３０の優先順位は２番目であり、その出力電圧の上限は２９０Ｖである。直流バス１００の直流電圧が２９０Ｖ以下であるとき、制御部３２はスイッチＳＷを閉じて地熱発電機３１と直流バス１００とを接続する。なお、地熱発電装置３０が制御部３２とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。地熱発電装置３０は、直流バス１００の電圧が２９０Ｖ以下であるときに直流バス１００に直流電圧を出力する地熱発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、地熱発電装置３０は、２９０Ｖまで電圧を出力することができる地熱発電装置であってもよい。

図２には太陽光発電装置４０の出力電圧の上限が単一（２８０Ｖ）である例を示したが、図６に示すように、太陽光発電装置４０が太陽電池アレイ４１を含み、太陽電池アレイ４１が複数のストリング４２を含み、各ストリング４２がスイッチＳＷを介して直流バス１００に接続されていてもよい。太陽光発電装置４０は制御部４３を有する。太陽光発電装置４０がこの構造である場合、ストリング４２毎に出力電圧の上限を設定することができる。これにより、直流バス１００の電圧がストリング４２毎に定められた出力電圧の上限以下であるとき、制御部４３はスイッチＳＷをそれぞれ閉じてストリング４２毎に直流バス１００に直流電圧を出力させることができる。なお、太陽光発電装置４０が制御部４３とスイッチＳＷを有する構造は例示に過ぎない。太陽光発電装置４０は、直流バス１００の電圧がストリング４２毎に定められた上限以下であるときに各ストリング４２が直流バス１００に直流電圧を出力する太陽光発電装置であれば、他の構造であってもよい。例えば、太陽光発電装置４０は、各ストリング４２がそれぞれストリング４２毎に定められた出力電圧の上限まで電圧を出力することができる太陽光発電装置であってもよい。

図７に示すように、通常用蓄電装置５０は、蓄電池５１と、保護回路５２とを含む。蓄電池５１の定格電圧は、図２と図７の例では２６４Ｖである。これは、系統連係装置７０における出力電圧の上限（図２の例では、２６０Ｖ）より高い。蓄電池５１は保護回路５２を介して直流バス１００に接続される。
保護回路５２は、蓄電池５１が過充電であると判定したときに蓄電池５１の充電を停止させ、蓄電池５１が過放電であると判定したときに蓄電池５１の放電を停止させる。
具体的には、保護回路５２は、直流バス１００の電圧が定格電圧より高くて蓄電池５１の過充電を生じない所定の過充電判定電圧を超えたときに過充電と判定し、蓄電池５１の充電を停止させる。または、保護回路５２は、蓄電池５１の正と負の電極端子間の電圧が過充電判定電圧を超えたときに過充電と判定し、蓄電池５１の充電を停止させる。ここで、過充電判定電圧は必ずしも蓄電池５１が過充電となる限界の電圧でなくてもよい。過充電判定電圧は、蓄電池５１が過充電となる限界の電圧よりも低い電圧であればよい。

また、保護回路５２は、直流バス１００の電圧が定格電圧より低くて蓄電池５１の過放電を生じない所定の過放電判定電圧を下回ったときに過放電と判定し、蓄電池５１の放電を停止させる。または、保護回路５２は、蓄電池５１の正と負の電極端子間の電圧が過放電判定電圧を下回ったときに過放電と判定し、蓄電池５１の放電を停止させる。ここで、過放電判定電圧も必ずしも蓄電池５１が過放電となる限界の電圧でなくてもよい。過放電判定電圧は、蓄電池５１が過放電となる限界の電圧よりも高い電圧であればよい。
また、保護回路５２は、蓄電池５１に含まれるセル毎に過充電と過放電を判定してもよい。すなわち、保護回路５２は、いずれかのセルが過充電と判定されたときに蓄電池５１全体を過充電と判定し、蓄電池５１の充電を停止させてもよい。また、保護回路５２は、いずれかのセルが過放電と判定されたときに蓄電池５１全体を過放電と判定し、蓄電池５１の放電を停止させてもよい。

なお、図７には、通常用蓄電装置５０について、保護回路５２を介して蓄電池５１を直流バス１００に接続する例を示したが、保護回路５２に加えてＤＣ／ＤＣコンバータを用い、蓄電池５１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して直流バス１００に出力し、直流バス１００の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して蓄電池５１に入力する構成とすることもできる。この構成では、蓄電池５１の定格電圧（例えば、２６４Ｖ）とは、蓄電池５１の実際の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された電圧をいうものとする。この構成の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧される電圧を変更することにより、直流給電システム１００の稼働中に優先順位が変わらない範囲で通常用蓄電装置５０の定格電圧を変更することができる。

図８に示すように、非常用蓄電装置６０は、蓄電池６１と、保護回路６２とを含む。蓄電池６１の定格電圧は、図２と図８の例では２５２Ｖである。これは、系統連係装置７０における出力電圧の上限（図２の例では、２６０Ｖ）より低い。
保護回路６２は、保護回路５２と同様に、蓄電池６１が過充電であると判定したときに蓄電池６１の充電を停止させ、蓄電池６１が過放電であると判定したときに蓄電池６１の放電を停止させる。
非常用蓄電装置６０は、非常時に直流バス１００に直流電圧を出力する。例えば、非常用蓄電装置６０は、全ての発電装置１０，２０，３０，４０が停止し、通常用蓄電装置５０が空になり、電力系統２００が停電している時に、直流バス１００に直流電圧を出力する。

なお、非常用蓄電装置６０も、通常用蓄電装置５０と同様に、保護回路６２に加えてＤＣ／ＤＣコンバータを用い、蓄電池６１の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して直流バス１００に出力し、直流バス１００の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して蓄電池６１に入力する構成とすることもできる。この構成では、蓄電池６１の定格電圧（例えば、２５２Ｖ）とは、蓄電池６１の実際の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された電圧をいうものとする。この構成の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧される電圧を変更することにより、直流給電システム１００の稼働中に優先順位が変わらない範囲で非常用蓄電装置６０の定格電圧を変更することができる。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る直流給電システム２の構成の一例を示す。
直流給電システム２は、太陽光発電装置４５と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
太陽光発電装置４５と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０には、図１０に示すように優先順位が付けられている。これらの各装置４５，５０，７０は、直流バス１００に接続されており、優先順位に応じて直流バス１００に直流電圧を出力する。
太陽光発電装置４５は、優先順位が最も高い。太陽光発電装置４５には出力電圧の上限は設定されていない。太陽光発電装置４５は、その性能によって定まる最大出力電圧まで直流バス１００に直流電圧を出力することができる。なお、太陽光発電装置４５は、太陽電池を含む通常の一般的な太陽光発電装置である。太陽光発電装置４５は、第１の実施形態に係る風力発電装置１０と同様に、本発明における第１の直流電力源の例である。

図１０の例では、通常用蓄電装置５０の優先順位は２番目である。通常用蓄電装置５０に含まれる蓄電池の定格電圧は２６４Ｖである。通常用蓄電装置５０は、第１の実施形態に係る通常用蓄電装置５０と同一である。
図１０の例では、系統連係装置７０の優先順位は３番目である。系統連係装置７０における出力電圧の上限は２６０Ｖである。系統連係装置７０は、第１の実施形態に係る系統連係装置７０と同一である。系統連係装置７０は、本発明における第２の直流電力源の例である。
第２の実施形態に係る直流給電システム２でも、優先順位は、直流給電システム２が稼働していないときに設定され、直流給電システム２の稼働中に変更することはできない。ただし、第２の直流電力源である系統連係装置７０において、設定されている出力電圧の上限は、直流給電システム２の稼働中に優先順位が変わらない範囲で変更することができる。例えば、図１０の例では、系統連係装置７０について２６４Ｖ以下の範囲で出力電圧の上限を変更することができる。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る直流給電システム３の構成の一例を示す。
直流給電システム３は、風力発電装置１０と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０と、電力消費装置８０と、複数の負荷９０と、直流バス１００とを有する。
風力発電装置１０と、通常用蓄電装置５０と、系統連係装置７０には、図１２に示すように優先順位が付けられている。これらの各装置１０，５０，７０は、直流バス１００に接続されており、優先順位に応じて直流バス１００に直流電圧を出力する。
風力発電装置１０は、優先順位が最も高い。風力発電装置１０は、第１の実施形態に係風力発電装置１０と同一である。風力発電装置１０は、本発明における第１の直流電力源の例である。

図１２の例では、通常用蓄電装置５０の優先順位は２番目である。通常用蓄電装置５０に含まれる蓄電池の定格電圧は２６４Ｖである。通常用蓄電装置５０は、第１の実施形態に係る通常用蓄電装置５０と同一である。
図１２の例では、系統連係装置７０の優先順位は３番目である。系統連係装置７０における出力電圧の上限は２６０Ｖである。系統連係装置７０は、第１の実施形態に係る系統連係装置７０と同一である。系統連係装置７０は、本発明における第２の直流電力源の例である。
電力消費装置８０は、直流バス１００の直流電圧が系統連係装置７０における出力電圧の上限（図１２の例では２６０Ｖ）より大きな所定の電圧以上であるときに直流バス１００の電力を消費する。なお、本実施形態では、この所定の電圧は、例えば通常用蓄電装置５０の過充電判定電圧以上の電圧であることが望ましい。
第３の実施形態に係る直流給電システム３でも、優先順位は、直流給電システム３が稼働していないときに設定され、直流給電システム３の稼働中に変更することはできない。ただし、第２の直流電力源である系統連係装置７０において、設定されている出力電圧の上限は、直流給電システム３の稼働中に優先順位が変わらない範囲で変更することができる。例えば、図１２の例では、系統連係装置７０について２６４Ｖ以下の範囲で出力電圧の上限を変更することができる。

なお、第２の実施形態に係る直流給電システム２と第３の実施形態に係る直流給電システム３では、第２の直流電力源は系統連係装置７０のみである。このような場合、本発明では、系統連係装置７０は第２の直流電力源の中で優先順位が最も高く、かつ第２の直流電力源の中で優先順位が最も低いとみなす。

また、上述した実施形態では、各装置１０，２０，３０，４０，４５，５０，６０，７０に付けられた優先順位は、直流給電システム１，２，３の稼働していないときに設定され、直流給電システム１，２，３の稼働中に変更することはできないとしたが、直流給電システム１，２，３の稼働中であっても各装置の優先順位を変更することができることとしてもよい。
この場合、例えば、図２の例では、通常用蓄電装置５０と系統連係装置７０の優先順位は５番目と６番目であるが、直流給電システム１の稼働中に、これらの優先順位を入れ替えて系統連係装置７０の優先順位を５番目、通常用蓄電装置５０の優先順位を６番目とすることができる。これにより、系統連係装置７０の出力電圧の上限を通常用蓄電装置５０の定格電圧２６４Ｖよりも高く設定し、系統連係装置７０から供給される電力によって通常用蓄電装置５０を充電することが可能となる。
また、直流給電システム１の稼働中に、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０の優先順位を通常用蓄電装置５０の優先順位より低くすることができる。これにより、風が強い場合に風力発電装置１０が発電する電力のみを通常用蓄電装置５０と負荷９０に供給することが可能となる。

また、図４と図５と図６では、それぞれ水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０とについて、スイッチＳＷが高電位ラインＬＨ側に設けられていている例を示したが、これらの各発電装置２０，３０，４０でも図３の電力消費装置８０と同様に、スイッチＳＷは低電位ラインＬＬ側に設けられていてもよいし、高電位ラインＬＨ側と低電位ラインＬＬ側の両方に設けられていてもよい。
また、上述した実施形態では、水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０と系統連係装置７０と電力消費装置８０とがそれぞれ自律的に動作する例を示したが、これらの各装置は、共通の制御装置によってそれらの稼働状態を集中的に制御されてもよい。

また、上述した各実施形態では、優先順位が最も高い第１の直流電力源については出力電圧に上限が設定されていない例を示したが、第１の直流電力源ついても出力電圧の上限を設定してもよい。
例えば、上述した第１の実施形態と第３の実施形態では、第１の直流電力源である風力発電装置１０の出力電圧の上限を３００Ｖと定め、風力発電装置１０は直流バス１００の電圧が３００Ｖ以下であるときに限り直流バス１００に直流電圧を出力してもよい。この場合、電力消費装置８０は不要となる。ただし、第１の実施形態に係る直流給電システム１または第３の実施形態に係る直流給電システム３が複数の風力発電装置１０を有する場合、個々の風力発電装置１０の内部に、各風力発電装置１０が直流バス１００に直流電圧を出力しないときに電力を消費する装置等を付加する必要がある。

また、上述した実施形態では、各装置１０，２０，３０，４０，４５，５０，６０，７０の種別ごとに優先順位を定める例を示したが、同種の装置が直流バス１００に複数接続されている場合、同種の装置の中で優先順位を定めても良い。例えば、太陽光発電装置４０が直流バス１００に複数接続されている場合に個々の太陽光発電装置４０について別々に優先順位を定めてもよい。
また、優先順位が最も高い風力発電装置１０と優先順位が２番目である太陽光発電装置４０と優先順位が３番目である通常用蓄電装置５０と優先順位が最も低い系統連係装置７０とからなる直流給電システムや、優先順位が最も高い太陽光発電装置４５と優先順位が２番目である通常用蓄電装置５０と優先順位が３番目である系統連係装置７０と優先順位が最も低い非常用蓄電装置６０とからなる直流給電システムのように、上述した第１の実施形態に係る直流給電システム１、第２の実施形態に係る直流給電システム２および第３の実施形態に係る直流給電システム３とは異なる構成の直流給電システムに本発明を適用できることはもちろんである。
また、第１の実施形態では、風力発電装置１０と水力発電装置２０と地熱発電装置３０は太陽光発電装置４０よりも優先順位が高いとしたが、これらを全て同一の優先順位としてもよい。すなわち、風力発電装置１０と水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０は全て優先順位が最も高いとしてもよい。この場合、風力発電装置１０と水力発電装置２０と地熱発電装置３０と太陽光発電装置４０は本発明の第１の直流電力源であり、系統連係装置７０のみが本発明の第２の直流電力源となる。

以上説明したように、本発明によれば、直流バスに接続された複数の直流電力源を優先度に応じて稼働させることができる。特に、上述した各実施形態に係る直流給電システム１，２，３では、系統連係装置７０が直流電力源の中で最も優先度が低い。自然エネルギーによる各発電装置が十分な電力を直流バス１００に供給できないとき、系統連係装置７０が交流の電力系統２００から直流バス１００に電力を供給する。このため、自然エネルギーによる各発電装置を負荷９０の最大消費電力に合わせて設置する必要がなくなる。
また、電力消費装置８０を設置することにより、負荷９０が消費する以上の電力を自然エネルギーによる各発電装置が出力しても電力消費装置８０に余剰電力を消費させることができる。このため、負荷９０の電力消費に合わせて自然エネルギーによる各発電装置の発電量を制御する必要がなくなる。特に、強風時に風力発電機が大電力を出力しても電力消費装置８０が余剰電力を消費するため、風力発電機に電気的にブレーキがかかり、風車が損傷するおそれがなくなる。
更に、非常時には、非常用蓄電装置６０が直流バスに電力を供給するため、重要な装置を動作させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。

１，２，３…直流給電システム、１０…風力発電装置、２０…水力発電装置、２１…水力発電機、２２…水力発電装置の制御部、３０…地熱発電装置、３１…地熱発電機、３２…地熱発電装置の制御部、４０、４５…太陽光発電装置、４１…太陽電池アレイ、４２…ストリング、４３…太陽光発電装置の制御部、５０…蓄電装置、５１…定格電圧１００Ｖの蓄電池、５２…保護回路、６０…非常用蓄電装置、６１…定格電圧９０Ｖの蓄電池、６２…保護回路、７０…系統連係装置、８０…電力消費装置、８１…抵抗素子、８２…電力消費装置の制御部、９０…負荷、１００…直流バス、２００…交流の電力系統、ＳＷ…スイッチ、ＬＨ…高電位ライン、ＬＬ…低電位ライン

Claims (9)

1. 直流バスと、
   優先順位及び定められた出力電圧の上限が最も高く、前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第１の直流電力源と、
   前記優先順位が２番目以下であり、前記優先順位に応じて出力電圧の上限が定められており、前記直流バスの電圧が当該出力電圧の上限以下であるときに前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第２の直流電力源と、
   を備えることを特徴とする直流給電システム。
2. 直流バスと、
   優先順位が最も高く、出力電圧の上限を定められておらず、前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第１の直流電力源と、
   前記優先順位が２番目以下であり、前記優先順位に応じて出力電圧の上限が定められており、前記直流バスの電圧が当該出力電圧の上限以下であるときに前記直流バスに直流電圧を出力する１つ以上の第２の直流電力源と、
   前記直流バスの直流電圧が、前記第２の直流電力源について定められたいずれの出力電圧の上限よりも、大きな所定の電圧以上であるときに、前記直流バスの電力を消費する電力消費装置と、
   を備えることを特徴とする直流給電システム。
3. 前記第１の直流電力源が、１つ以上の風力発電装置を含み、
   前記電力消費装置が、前記風力発電装置の風車の回転を抑制する、または停止させるためのブレーキとして動作する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の直流給電システム。
4. 前記第２の直流電力源が、優先順位が異なる２つ以上の直流電力源を含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の直流給電システム。
5. 前記第２の直流電力源が、前記直流電力源の中で優先順位が最も低く、交流の電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して前記直流バスに出力する系統連係装置を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の直流給電システム。
6. 前記優先順位に応じた定格電圧の蓄電池と、当該蓄電池が過充電であると判定したときに当該蓄電池の充電を停止させ、当該蓄電池が過放電であると判定したときに当該蓄電池の放電を停止させる保護回路とを有し、当該蓄電池が当該保護回路を介して前記直流バスに接続された１つ以上の蓄電装置を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の直流給電システム。
7. 前記優先順位に応じた定格電圧の蓄電池と、当該蓄電池が過充電であると判定したときに当該蓄電池の充電を停止させ、当該蓄電池が過放電であると判定したときに当該蓄電池の放電を停止させる保護回路とを有し、当該蓄電池が当該保護回路を介して前記直流バスに接続された１つ以上の蓄電装置を備え、
   前記優先順位が前記系統連係装置より高い前記蓄電装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の直流給電システム。
8. 前記優先順位が前記系統連係装置より低い前記蓄電装置を備えることを特徴とする請求項７に記載の直流給電システム。
9. 前記第２の直流電力源が太陽電池アレイを含む１つ以上の太陽光発電装置を含み、当該太陽電池アレイが複数のストリングを含み、
   前記優先順位に応じて前記ストリング毎に出力電圧の上限が定められている、
   ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の直流給電システム。
   

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